З чого розпочати вивчення Java

Мова Java

Java - не просто мова програмування, а ціла програмна платформа з широкими можливостями. Основними складовими блоками цієї платформи є:

• Базові інструменти для написання та запуску програм на Java.
• Бібліотеки та класи – ядро ​​мови. Вони забезпечують основні функціональні можливості програмування Java: обробку винятків, багатопоточність, колекції, логування, рефлексію, безпеку, роботу з мережею, роботу з XML, серіалізацію, регулярні висловлювання.
• Інструменти для розгортання та автоматичного запуску програм.
• Інструменти створення фронтенда (GUI, інтерфейсу користувача). Це класи бібліотек JavaFX, Swing та Java2D.
• Бібліотеки, для роботи з базами даних, віддалено по мережі, такі як JDBC, JNDI, RMI та Java RMI-IIOP.

Якщо ви хочете дізнатися більше про класи та інструменти Java, прочитайте документацію Oracle там є все. Перша версія Java JDK 1.0 включала «лише» кілька сотень класів. Зате нині їх кількість збільшилася до кількох тисяч. За час життя мови автори внесли величезну кількість змін, які підвищують її безпеку, функціональність та переносимість. Завдяки постійному вдосконаленню та підтримці мови з боку його розробників Java завжди йшла в ногу з розвитком IT-технологій. Отже, нині перед нами — сучасна мова, основними характеристиками якої є:

• Невисокий поріг входження.
  Вивчати Java простіше, ніж більшість мов із Сі-подібним синтаксисом.

• Об'єктно-орієнтованість.
  Програми в Java будуються виходячи з об'єктів та його взаємодії, що дозволяє задіяти всі переваги ООП.

• Переносність.
  Завдяки використанню інтерпретатора — віртуальної машини Java — програми переносяться на різні платформи та пристрої.

• Платформна незалежність
  Програма, написана Java для однієї платформи, компілюється в проміжний байт-код, який може запускатися на інших платформах завдяки інтерпретації за допомогою JVM під кожну платформу.

• Розвинена багатопоточність.
  Засоби Java дозволяють керувати виконанням кількох потоків, що дозволяє створювати багатопотокові програми.

• Безпека.
  Завдяки вбудованій в JVM верифікації байт-коду, відсутності в Java ручного управління пам'яттю, стеженням за переповненням стека, а також наявності різних API, які дозволяють контролювати безпеку, цією мовою можна створювати дійсно безпечні програми.

• Відмовостійкість.
  Механізм винятків як при компіляції, так і під час безпосереднього виконання підвищує стійкість до відмов програм і знижує кількість помилок.

• Інтерпретованість.
  Java-інтерпретатор може виконувати байт-код Java на будь-якій машині, на якій є JVM і JRE.

• Розподіл.
  Java має інструменти для створення розподілених додатків.

• Продуктивність.
  Використання JIT (Just-in-time)-компілятора забезпечує високу швидкість роботи додатків, порівнянну за швидкістю з мовами С і С++.

Послідовність кроків наочно демонструє ця схема блок-схема:

Встановлення Java на комп'ютер

Як ми вже з'ясували, коли вивчаємо Java з нуля, перший крок - це установка JDK . Для цього вам потрібно зробити кілька простих операцій:

1. Перейти до сайту Oracle.
2. Вибрати та завантажити інсталяційний файл залежно від вашої операційної системи.
3. Виконати установку, дотримуючись рекомендацій програми-установника.
4. Налаштувати змінну оточення, якщо ви використовуєте Windows.

Ось, наприклад, опис установки JDK та змінної оточення для операційної системи Windows.

Основні визначення

Якщо ви почали вивчати Java, неодмінно зустрінете такі терміни: JVM (Java Virtual Machine) — віртуальна машина Java. Це програмний модуль, що залежить від платформи, який служить для інтерпретації вихідного байт-коду в машинний код та його виконання. JRE (Java Runtime Environment) – середовище виконання Java. Включає в себе реалізацію JVM для конкретної платформи та набір бібліотек, необхідних виконання програм на Java. JDK (Java Development Kit) — набір інструментів розробника, необхідні написання програм на Java. Включає компілятор, JRE, набір стандартних бібліотек Java, документацію, різні утиліти. Вихідний код - текстовий файл на мові Java, що має розширення .java Байт-код— машинно-незалежний низькорівневий код, що є набором інструкцій для JVM. Машинний код – набір машинних інструкцій у двійковому форматі, які безпосередньо виконуються процесором. Компіляція — перетворення вихідного коду на байт-код. Інтерпретація - перетворення байт-коду в машинний код. Платформа — програмно-апаратне середовище, в якому відбувається виконання програм та додатків. Найбільш популярними платформами є Microsoft Windows, Linux, ОС Solaris та Mac OS. Ця схема допоможе краще орієнтуватися в поняттях JVM, JRE та JDK:

Життєвий цикл програми

Життєвий цикл програми на мові Java починається з написання вихідного коду текстовому форматі. Зазвичай для цього використовуються спеціальні середовища для розробки - Integrated Development Environment (IDE) , але прості програми можна набирати і в текстовому редакторі, навіть у Notepad, який постачається з будь-якою редакцією Windows. Вихідний код необхідно зберегти у файл, який має розширення .java. Приклад програми HelloWorld.java:

public class HelloWorld {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("This is my first program");
    }
}

Перш ніж виконати цей вихідний код, його необхідно скомпілювати у байт-код за допомогою компілятора. Компілятор це утиліта, яка є частиною JDK. В результаті його роботи ми отримаємо файл із розширенням .class. Він містить байт-код – інструкції для JVM, формат яких нагадує мову асемблер. Наша програма HelloWorld.java буде скомпільована у файл HelloWorld.class. Платформа Java не передбачає інструментів для редагування байт-коду, але можливість переглянути його все ж таки є. Щоб подивитися, що є байт-кодом програми на Java, можна скористатися утилітою дизасемблера javap, яка входить до складу JDK. HelloWorld. class міститиме такий байт-код:

Compiled from "HelloWorld.java"
public class HelloWorld {
  public HelloWorld();
    Code:
0: aload_0
1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V
4: return

  public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
0: getstatic #2//Fieldjava/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
3: ldc       #3// String This is my first program
5:invokevirtual#4//Methodjava/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
8: return
}

Тепер наша програма зберігається у скомпілюваному вигляді у файлі HelloWorld.class. Для її виконання на будь-якій із платформ необхідна встановлена ​​JRE. Можливість перенесення Java-програм на будь-яку платформу забезпечується за рахунок використання JVM. Виконання програми – це виконання байт-коду віртуальною машиною Java. Виконання програм здійснює утиліта java, якій необхідно вказати ім'я скомпільованого файлу. Виконання відбувається у наступній послідовності:

1. В оперативній пам'яті комп'ютера запускається JVM. По суті, це програма, яка служить для виконання написаних нами Java-програм.
2. За допомогою початкового завантажувача класів JVM завантажує та ініціалізує наш клас у пам'яті комп'ютера. У нашому прикладі це клас HelloWorld.
3. Далі в нашому класі JVM шукає метод public static void main(String[]).
4. Виконується код методу main. Якщо це необхідно для виконання програми, завантаження та ініціалізація інших класів.
5. Після виконання коду проводиться прибирання сміття – очищення пам'яті та закриття програми JVM.

При виконанні всіх цих дій JVM інтерпретує (перетворює) байт-код в машинну інструкцію для процесора з урахуванням операційної системи, де вона виконується. Схематично життєвий цикл Java-програми можна так:

Вибір та встановлення середовища розробки

Щоб швидко та ефективно програмувати на Java, вам знадобиться середовище розробки – програма для написання програм на Java. Найбільш популярними IDE серед розробників Java є:

• IntelliJ IDEA
• Eclipse
• NetBeans

Згідно з оглядом популярності інструментів Java-розробки, який підготувала компанія RebelLabs, у 2017 році лідером став IntelliJ IDEA , друге місце посідає Eclipse, а на третьому місці зі значним відставанням від кількох лідерів розташувався NetBeans. Частка інших IDE невелика і перевищує у загальному обсязі 3%. Хороший порівняльний огляд цих IDE можна подивитися тут. Для новачків цілком достатньо встановити IntelliJ IDEA Community Edition. По-перше, ви отримаєте всі плюси сучасної IDE, такі як: підказки, перевірка коду, можливість налагодження коду, зручна інтеграція з БД, серверами та підтримка багатьох інструментів та технологій розробки. По-друге, ви зробите перший крок у освоєнні професійного інструменту розробки, який використовується більшістю розробників. Інструкція зі встановлення IntelliJ IDEA наводиться на початку третього рівня навчального онлайн-курсу JavaRush .

Висновок

Коли ми вивчаємо Java самостійно, насправді це виявляється простіше, ніж у теорії. Для цього цілком достатньо знань на рівні користувача персонального комп'ютера. Щоб ефективно почати вивчати Java, зробіть кілька простих кроків:

1. Встановіть Java на комп'ютер
2. Вивчіть основні поняття
3. Встановіть середовище розробки
4. Напишіть та запустіть свою першу програму.